浅谈JAVA VM 发展

核心提示：淺談 java VM 發展 Jim Huang <jimchyun @ ccns.ncku.edu.tw> <jserv @ kaffe.org&

　　淺談 java VM 發展
Jim Huang <jimchyun @ ccns.ncku.edu.tw>
<jserv @ kaffe.org>

略為整理筆者對 Java VM 實作的心得，與諸位分享，在本文後半部將專注於若干
Open Source Java VM 專案的探討，筆者本身是 KaffeVM [1] 開發者，很希望本文
能對看倌有所幫助，更期待您的來信指教，藉由技術交流，讓 KaffeVM 有更好的發
展。
[1] http://www.kaffe.org/


■ JVM (Java Virtual Machine) 與 Java 韌體

Java VM 為一個虛擬的平台，把這個平台加以硬體實作，即 materialized 後，就是
Java chip。簡單來說，它就是一顆貨真價實的 CPU，假若我們不需完整 CPU 複雜的
設計，一樣可以將它弄成 co-PRocessor，如此一來，就不須要在 x86 或 Sun Sparc
上用 Java VM 來模擬，而是直接把 Java bytecode「餵給」Java chip 上執行。這
就是早先 Sun 稱為 picoJava 的技術，當然，隨著各軟硬體廠商的投入，引入更複
雜的技術，但原則上觀念還是一致的。

「模擬」既然非真，當然在效率上就較吃虧了，所以就常給人 Java 執行超慢、超耗
資源的印象，其實那是指 Virtual Machine 的效能。為了改進 JVM 效能，使用許多
技術加速，其中最重要的莫如 JIT (Just In Time) Compiler (及時編譯器，注重：
不要跟「即時」[realtime] 搞混) 與 HotSpot 的 Adaptive Compiler 等 dynamic
compilation 技術。

Java Chip 是 Optimized for Java 的 OOP、eXPtion-handling、memory/garbage
collection 的特製 chip，而 x86 (即傳統 CPU) 並沒有針對 C++ 所編譯的 machine
code 中的 new/exception-handling/memory allocation/late-binding 作硬體支援
的最佳化動作。

拜 VLSI 之賜，memory allocation 以及 garabage collection 的動作可交由硬體
來實作。在 modem 或電視中，用以數位類比轉換的 DSP (數位訊號處理) chip 而言
，有所謂的 bit-reverse (作 FFT [快速傅立葉轉換] 用的)，倘若以一般 x86 來做
這個動作，起碼慢 10 倍以上。又如以往的浮點運算，比整數運算慢了 20 ~ 30 倍
，但因有了浮點加速器的出現，浮點運算的速度可為整數運算的 1.3 倍！

前述提到將 JVM 以 co-processor 形式實作的方式，可以參考 Nazomi Communica-
tions [2] 公司的產品，他們推出一套 Java 加速晶片，這個代號為 JA108 的產品
專門針對 2G/2.5G 或 3G 的手機使用。不需要加裝額外的記憶體，只需將這 JA 208
IC 植入原有系統設計中，便可大幅提升 Java 應用程式效率達 15 至 60 倍。
[2] http://www.nazomi.com/

接著，筆者在 Pentium III 上運作 MS-windows 2000 進行以下實驗：(原始碼與
machine code 的對照)

c++ 的 virtaul method calling：
┌──────────────────────────┐
│21: testx -> setx(20); // testx 是一個指標物件 │
│──────────────────────────│
│00401091 push 00000014 │
│00401093 mov eax,dWord ptr [testx] │
│00401096 mov eax,dword ptr [eax] │
│00401098 mov ecx,dword ptr [testx] │
│0040109b call dword ptr [eax] │
└──────────────────────────┘
不算 argument 4 個指令